为反相输入低通滤波器电路课件

模拟电子技术吴晓燕模拟电子技术吴晓燕项目四扩音器的制作项目描述2.1项目资讯

2.2项目实施

2.3项目评价与总结

2.4项目四扩音器的制作项目描述2.1项目资讯2.2项目实施4.1项目描述在大型的会议室、商场、学校里，在促销、旅游及健身等活动中，有一种电子设备是必备的，那就是扩音器。最简易的扩音器整机电路，可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。其中前置放大级我们第二个项目已经学习了，而音调控制级由低通滤波器和高通滤波器共同组成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述。4.1项目描述在大型的会议室、商场、学校里，在促销、旅游输入放大电路:主要完成输入的微弱信号的放大，可以有分立元件的放大电路构成，也可以采用集成运放完成。

音调调整电路:主要完成音频信号的高低音控制，以满足人们对声音个性化的要求。

功率放大电路:对音频信号进行电压和电流放大，以驱动扬声器发声，要求功率足够大、失真度要小。

直流稳压电源:为整机提供稳定的直流电压。简易扩音器电路输入放大电路:主要完成输入的微弱信号的放大，可以有分任务引入最简易的扩音器整机电路，可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。其中前置放大级我们第二个项目已经学习了，而音调控制级由低通滤波器和高通滤波器共同组成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述。任务4-1集成运放构成的低通、高通滤波电路的组建与测试任务引入最简易的扩音器整机电路，可分为前置放大级、音调控制级相关知识1）滤波电路的基础知识。2）滤波电路的分类3）有源滤波器与无源滤波器的特性差别。相关知识1）滤波电路的基础知识。滤波电路—

有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。分类：按处理方法分硬件滤波软件滤波按所处理信号分模拟滤波器数字滤波器按构成器件分无源滤波器有源滤波器按频率特性分低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器理想滤波器的频率特性f·f·f·f·通通通

阻

通阻通阻阻阻低通高通带通带阻按传递函数分一阶滤波器二阶滤波器N

阶滤波器:滤波电路—有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。分类4.1有源低通滤波电路(LPF—LowPassFilter)—通带放大倍数···一、一阶

LPFRf8CR1R··其中，

Auf=1+Rf/R1fH=1/2

RC—上限截止频率··fH归一化幅频特性f·0-3-20dB/十倍频4.1有源低通滤波电路(LPF—LowPassFil二、二阶LPF1.简单二阶LPF8CR1RCRRf···通带增益：Auf=1+Rf/R1问题：在f=fH

附近，输出幅度衰减大。–40dB/十倍频-40f/fH0-10-2010-301·改进思路：在提升fH

附近的输出幅度。二、二阶LPF1.简单二阶LPF8CR1RCRRf·4.2有源高通滤波电路(HPF—High

Pass

Filter)8CR1RfRCR··通带增益：Auf=1+Rf/

R1Q=1/(3-Auf)f/fn0-3-10-2010-30-40Q=0.707Q=1Q=2Q=51·Auf=3时，Q

，电路产生自激振荡二阶低通、高通，为防止自激，应使Auf<3。4.2有源高通滤波电路(HPF—HighPassFil本次任务一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性测试本次任务一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试知识目标1、理解有源滤波器的构成及分类特点；2、熟悉有源滤波器的频率特性。知识目标1、理解有源滤波器的构成及分类特点；能力目标1、会对运算放大器构成的低通滤波电路进行分析和参数测量；2、会对运算放大器构成的高通滤波电路进行分析和参数测量。能力目标1、会对运算放大器构成的低通滤波电路进行分析和参数测素质目标1、培养学生自学能力与团队合作能力；2、培养学生独立思考、勤于思考、善于提问的学习习惯；3、培养学生良好的沟通交流能力1。素质目标1、培养学生自学能力与团队合作能力；布置课堂操作任务本次课堂训练操作将记录成绩上页下页布置课堂操作任务本次课堂训练操作将记录成绩上页下页任务1：一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试第二步

用示波器观察输入、输出波形。第三步

用波特仪观察幅频特性、相频特性上页下页第一步搭接一阶、二阶有源低通滤波器；任务1：一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试第二步用有源滤波器（a）电路

（b）幅频特性图8-1一阶同相输入有源低通滤波器理论上在滤波器通带内电压放大倍数，上截止频率

，用波特图示仪测得

，。将电路相关元件参数代入公式计

=1.592kHz，

（20lg3=9.542dB），理论计算和仿真仪器测量结果基本一致。有源滤波器（a）电路 （b）幅频特性理论上在滤波器通带2.反相输入低通滤波器电路（a）电路

（b）幅频特性图8-2一阶有源反相输入低通滤波器图8-2（a）为反相输入低通滤波器电路，电路的电压放大倍数

（20lg2=6.02dB），上截止频率

。图8-2（b）为幅频特性,测量出放大器增益为6dB，上截止频率为1.585kHz。理论计算和仪器测量结果基本一致。图8-2（a）中将低通滤波电路R、C原件接入负反馈电路。虽然前后两个滤波电路不同，但R、C元件参数相同，所以幅频特性是一样的。上述两个电路也可应用“交流分析”法测量它们的幅频特性。2.反相输入低通滤波器电路（a）电路 （b）幅频特性4.1.2二阶有源低通滤波器（LPF）

在一阶低通滤波器电路的基础上，再加上一级RC低通电路构成了二阶低通滤波电路。图8-3（a）低通滤波器电路图图8-3（a）中第一级RC低通电路中的C1的下端没有接地，而是接到运算放大器的输出端，目的是在截止频率附近引入正反馈，使幅频特性得到改善。该电路的电压放大倍数：

滤波器的特征频率：

，等效品质因数

。4.1.2二阶有源低通滤波器（LPF） 在一阶低通滤波器电有源滤波器图8-3（b）Q=0.707当Rf=5.85kΩ时，Q=0.707，这时的幅频特性比较平坦，电路的特征频率

的上截止频率

，如图8-3（b）所示。有源滤波器图8-3（b）Q=0.707当Rf=5.85kΩ时有源滤波器图8-3（c）Q=2当Rf=15kΩ时，Q=2，幅频特性出现升峰现象，如图8-3（c）所示。有源滤波器图8-3（c）Q=2当Rf=15kΩ时，Q=2

有源滤波器图8-3

(d)Q=∞当Rf=20kΩ时，Q将趋于无穷大，电路会产生自激振荡，如图8-3（d）所示，为避免这种情况，选择电路元件参数时，应使Rf<2R3。有源滤波器图8-3(d)Q=∞当Rf=20kΩ时，Q任务2：一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性测试。第二步

将输入端接信号发生器，滤波器的输入、输出端分别接毫伏表，同时在输出端接示波器，调节信号发生器使其输出电压幅值Ui一1V的正弦波信号（毫伏表指示），第三步观察输出端的毫伏表的读数与示波器的波形。

上页下页第一步按图完成连线。测试相关数据。任务2：一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性测试。第二步有源滤波器4.1.3二阶有源高通滤波器（HPF）图8-4（a）低通滤波器电路图高通滤波器电路与低通滤波器电路具有对偶关系，即将低通滤波器中滤波元件R、C的位置互换，即可得到高通滤波电路，如图8-4（a）所示，电路性能参数如下；通带电压增益

特征频率

等效品质因数

有源滤波器4.1.3二阶有源高通滤波器（HPF）图8-4（8.1有源滤波器图8-4（b）Q=0.707当Rf=5.85kΩ时，Q=0.707，Avf=1.585，根据公式计算 =1.592kHz，这时高通滤波器的幅频特性比较平滑，

≈1.6kHz，如图8-4（b）所示。8.1有源滤波器图8-4（b）Q=0.707当Rf=5.有源滤波器图8-4

（c）Q=2当Rf=15kΩ时，Avf=2.5，Q=2，高通滤波器的幅频特性出现升峰现象，如图8-4（c）所示。有源滤波器图8-4（c）Q=2当Rf=15kΩ时，Avf=8.1有源滤波器图8-4

（d）Q=∞当Rf=20kΩ时，Q将趋于无穷大，电路会产生自激振荡，如图8-4（d）所示，实际中应避免出现这种现象。8.1有源滤波器图8-4（d）Q=∞当Rf=20kΩ时，有源滤波器图8-4

（e）参数扫描分析结果图8-4（e）是用“参数扫描分析”法得出的结果，将（b）、（c）、（d）三种情况放在一个坐标系中作对比。有源滤波器图8